聚氨酯涂料研究现状及发展(3)

聚氨酯 涂料 现状 发展

第7期李晓明等:聚氨酯涂料研究现状及发展

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基团,羟基醚键、聚氧乙烯链等非离子基团。通过扩链剂类型、结构及用量、制备方法和聚合物分子量的不同来改变聚氨酯分子的骨架结构,制得乳液或水分散性的各种水性聚氨酯产品。

根据聚氨酯水性化方法的不同,可以分为外乳化法和内乳化法。由于外乳化法制得的聚氨酯分散液极其粗糙,且很不稳定,现在主要采用内乳化法。此法不加乳化剂,而是在聚氨酯大分子链上引入亲水基团,使聚氨酯分子具有一定的亲水性,在搅拌下自乳化而成乳液。这些亲水基团都能与水起作用,形成氢键或者直接生成水合离子使聚氨酯溶于水。自乳化法制备的乳液粒径小,稳定性好。

此外,还有溶液法、二元胺直接扩链法、酮亚胺和酮连氮法、与水直接混合法、固体自发分散法等。近年来出现了一些新的制备方法,如用SO3或浓HO2S4磺化芳香族多异氰酸酯多元醇的预聚物,将亲水性的─SO3H基团引入大分子苯环上,经扩链反应,制得磺酸盐型水性聚氨酯。同时,在软硬段中同时引入离子基团,也成为自乳化设计的手段之一。

主要品种有单组分水性聚氨酯涂料、双组分水性聚氨酯涂料及改性水性聚氨酯涂料。其中,单组分又分单组分线型和单组分交联型,单组分线型水性聚氨酯涂料具有线性大分子结构,很少含有支链,其涂膜具有很高的断裂伸长和拉伸强度,其耐水性、耐溶剂性较差。

目前,研究主要集中于提高产品的耐水性、耐溶剂性及缩短干燥时间等方面。单组分交联型水性聚氨酯涂料较线型聚氨酯涂料在强度、硬度、耐水性、耐溶剂性等方面具有较大的提高,只是断裂伸长率略显不足。目前,国内外生产的水性聚氨酯涂料几乎都是单组分。双组分涂料起步较晚,发展还很不成熟,主要研究集中于如何减少副反应,增加反应的选择性及如何在潮湿、低温的环境下成膜等问题。改性水性聚氨酯涂料发展十分迅速,其中利用聚氨酯和聚丙烯酸酯共聚,使丙烯酸酯改性水性聚氨酯涂料,被称为第三代水性聚氨酯涂料。

关于水性聚氨酯涂料的研究方面,开展工作较多的有Bayer公司、Hoechst公司等。3.2　聚氨酯粉末涂料

聚氨酯粉末涂料是由粉末状聚氨酯树脂、固化剂、颜料、填料及助剂等组成的粉状混合物,通常是将各物料高速混合后,于100～120℃下挤出、冷却、粉碎、筛分而制得。于20世纪70年代末80年代初就进入使用阶段,其涂层具有高装饰性和优良的物理机械性能,且具有较好的耐化学品性,不易黄变,耐候和耐晒等性能。

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聚氨酯粉末涂料一般有3大系列:①封闭型聚氨酯粉末涂料;②带官能团的聚氨酯体系;③含─NCO端基的聚氨酯粉末涂料。

Bayer公司率先进行了聚氨酯粉末涂料的基础研究和开发,成功研制了封闭的异氰酸酯交联体系,常用的是己内酰胺封闭的IPDI固化体系,它的固化温度在170℃以上,这种高温固化有利于涂膜的高度流平,是无挥发性副产物放出的品种。

聚氨酯粉末涂料的发展趋势为开发无挥发性副产物,并能在低温交联,其性能与汽车漆用双组分溶剂型聚氨酯涂料体系相当。

目前发现,4,4-二环己基甲烷二异氰酸酯(HM-DI)所制成的固化剂其脱封温度低于用IPDI,采用

有机锡作催化剂,用丁酮肟封闭的固化体系的交联温度可低至140℃。

具有空间位阻的二异氰酸酯单体3-异氰酸酯

基-1-甲基环己基二异氰酸酯(IMIC)制成的预聚物,还可以进一步降低交联温度,并使熔融特性和反应活性达到适当平衡,即在80～100℃挤出时完全无反应活性,而在120～140℃交联温度下能快速反应。

若采用二氮丁酮肟封闭的IMCI固化剂,则该聚氨酯粉末涂料体系无挥发性副产物产生,并可在低温交联。若用HMDI、IMCI等单体制成的固化剂,由于具有酯环结构,因此,能保证固化涂膜具有极好的耐候性、弹性和柔韧性。

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3.3　聚氨酯涂料的应用3.3.1　聚氨酯汽车涂料　汽车涂料按涂装工艺分汽车底漆、中间层涂料和面漆。

当今世界,汽车生产中,底漆有92%采用电泳漆(CED),其中90%为阴极电泳漆,聚氨酯电泳漆以其综合性能优异的特点,如涂膜厚,表面高度平整,耐碎落,对防锈钢板的适用性很强,在其中所占的比例越来越大。我国沈阳、天津、重庆和湖南等造漆厂先后从日本关西涂料公司引进厚膜化型的聚氨酯阴极电泳漆用于汽车底漆,其主要成分为环氧聚酰胺聚氨酯双组分电泳漆,主要用于国产汽车如一汽奥迪、天津夏利、重庆五十铃等。

中间层涂料对抗石击性要求较高,而聚氨酯涂料的抗石击性能最佳,被人们极为重视。因此,世界各大公司都有聚氨酯汽车抗石击涂料的专利,如三洋化学公司、BASF公司、PPG公司、Bayer公司等。在汽车面漆中,聚氨酯涂料具有金属闪光性的特点,已成为发展方向。目前欧洲汽车生产线已广泛使用双组分丙烯酸聚氨酯罩光清漆,具有优异的耐酸性,国内不少单位开发了丙烯酸聚氨酯汽车面、